Er schuilt een Wernher von Braun en elk van ons. Daar zijn we ons zelden van bewust, maar elke keer dat je er een luidruchtig laat vliegen ben je een raket*. De reactiekrachten van de uitstromende geurige gassen imponeren Newton of von Braun echter onvoldoende om je zitvlak enige snelheid van betekenis te geven. Afhankelijk van de intensiteit van de geur kan dat voor eventuele aanwezigen anders liggen.

Of Archytas rond 400 BC na het nuttigen van een bonenschotel inspiratie kreeg is onbekend, maar het zou zomaar kunnen. Archytas was zo'n meervoudig bezig zijnde Griekse filosoof. Volgens Aulus Gellius (ca. 180 AD) bouwde Archytas een voortgestuwde houten vogel. Het ging om een vogel met stoomjet aandrijving. Een jetmotor gebruikt buitenlucht om brandstof te verbranden wat expanderende gassen oplevert in de reactie. In een raketmotor zitten de reactiekrachten 'opgesloten' in chemische of andere vorm en is er geen buitenlucht nodig. In Archytas' schuurproductie werd de reactiekracht opgewekt door gecomprimeerde stoom dat achterwaarts kon ontsnappen om Newton's derde te plezieren.

Aeolipile

Een andere vroege held was Hero van Alexandrië die in de eerste eeuw de Aeolipile uitvond. Een stoommachine met raket (of jet) eigenschappen genoemd naar de Griekse god van de wind. Een aardigheidje. Met Chinese alchemisten kregen we het buskruit: een explosief of brandstof waar de zuurstof in opgesloten zit. Dat leidde tot vuurpijlen -raketten met vaste brandstof- en begon het ergens op te lijken. Een scala aan kruitgestuwde vuurpijlraketten bleef met wisselend succes veelal op bescheiden schaal actief tot in WO I waarin ze hun luchtdoop kregen met de Le Prieur raket. Een ongeleide lucht-lucht brandraket tegen met name observatiebalonnen.

Le Prieur raketten aan een Sopwith Pup

Kruit was het echter niet en ook was er meer nodig dan een eenvoudige opening voor uitstromende gassen. Een mijlpaal was de uitvinding van de de Laval nozzle of -straalpijp (1897). Een uiterst belangrijke vinding voor de ontwikkeling van raket- en jet verbrandingskamers.

De Laval nozzle
-De straalpijp is eerst convergent (toelopend). In de nauwste doorsnede wordt de geluidsnelheid door de gassen benaderd. Naar achteren toe is de straalpijp divergent (uitlopend) waarin de snelheid verder toeneemt.-

Baanbrekende lijnen van de Zweed de Laval. Van subsonic via sonic naar supersonic.

De volledige formule met toelichting is te complex om hier verder op in te gaan, maar deze uitvinding en verdere ontwikkeling was essentieel om de maan te bereiken. De Laval zie je in bijna elke serieuze raketmotor terug. Van V2 tot Spaceshuttle. Om de maan te bereiken waren er meer mensen nodig, al dan niet in schuurtjes. Wernher von Braun is echter de raketman. Zijn A4/V2 uit de oorlog was de eerste stap richting die van Neil Armstrong. De 65 seconden werkende verbrandingskamer in de V2 werd gevoed door een mix van methylalcohol en vloeibare zuurstof die de kamer werden ingepompt door stoomturbines aangedreven door waterstofperoxide (T-stoff) en kalium permanganate (Z-stoff). Het werkte, maar was zeer complex.

RS-24 SSME Shuttle motor

Na de oorlog werd verder geëxperimenteerd en voor het grotere werk werden vloeibare waterstof en zuurstof de meest gebruikte ingrediënten om in de motor te verbranden. Dat proces is regelbaar door de brandstofhoeveelheden te variëren. Zo'n vloeibare brandstof raket is bijvoorbeeld de Spaceshuttle's Pratt&Whitney Rocketdyne RS-24 SSME motor. De Spaceshuttle heeft er drie, elk goed voor 181.600 kilo stuwkracht met een uitlaatgassnelheid tot 4440 m/sec. Een megabrul.

SRB Shuttle boosters keren per parachute terug en worden na uitdeuken opnieuw gebruikt

Een raketmotor met vaste brandstof heeft geen goed regelbaar verbrandingsproces en is veelal een aan-uit motor hoewel er ook pulserende motoren bestaan. Een breed scala aan chemicaliën kan de brandstoffen vormen die gebonden worden in polymeren. Vaak in de vorm van korrels. Korrelgrote en dichtheid bepalen de brandeigenschappen. Een voorbeeld van gebruikte brandstof is aluminium in poedervorm, wat 20 procent van de massa vormt, gemixt met 68 procent ammoniumperchloride als zuurstofhouder, gebonden in 12 procent HTPB (hydroxyl-polybutadine). Een variatie hierop geeft elk van de twee SRB's (Soldid Rocket Boosters) die de Spaceshuttle naar een hoogte van 45 kilometer brengen, de fenomenale stuwkracht van bijna 1,3 miljoen kilo. En, dat lukt niet op bonen. Ook niet als ze pittig gekruit zijn.

* Dat laatste flauwe woordgrapje stemt desalniettemin tot eenig nadenken. Puur technisch-filosofisch gesproken kun je beargumenteren dat de anusmotor een jet- en geen raketmotor is daar voor de opgewekte drukgassen in de darmen, ingeademde lucht van buiten nodig is om het proces gaande te houden.

Het blijft imposant

Een andere kijk